JP2018501126A - インクジェットノズルの動作状態を検出するための方法 - Google Patents

Abstract

インクジェットプリントヘッドは、液体を保持するための液体チャンバと、該液体内で圧力波を生成するために該液体チャンバに作動的に連結された電気機械変換器と、前記液体チャンバに流体連通したノズルであって、前記液体の液滴が該ノズルを通じて吐出されるようにするノズルとを有する吐出ユニットを含む。該吐出ユニットの動作状態を検出するための方法は、前記電気機械変換器を作動させて前記液体内に圧力波を生成するステップと、前記電気機械変換器を作動させて前記液体内の残留圧力波を抑制するステップと、前記液体内の残留圧力波の振幅を検知するステップと、前記検知ステップの結果に基づいて、（ｉ）前記残留圧力波の振幅が閾値よりも小さい場合は前記吐出ユニットが動作可能状態にあると判定するか又は（ｉｉ）前記残留圧力波の振幅が前閾値よりも大きい場合は前記吐出ユニットが不良状態にあると判定するステップとを連続的に含む。

Description

本発明は一般にインクジェットプリントヘッドの圧電駆動ノズルの動作状態を判定するための方法に関する。

既知のインクジェットプリントヘッドは複数の吐出ユニットを含み、各吐出ユニットは液体を保持するための液体チャンバを含む。一般には、液体は溶剤型インク若しくは水性インク、高温のホットメルトインク又はＵＶ硬化性インク等のインクであるが、液体は任意の他の種類の液体であってもよい。他の例としては、正確な注入（dosed）が必要な液体が挙げられる。

既知のインクジェットプリントヘッドの各吐出ユニットは、液体チャンバに保持されている液体内で圧力波を生成するために液体チャンバに作動的に連結された電気機械変換器（electromechanical transducer）をさらに含む。周知の電気機械変換器は、２つの電極とそれらの間に配置された圧電材料の層とを含む圧電アクチュエータである。電極に電圧を印加することにより電界が適用されると圧電材料が機械的に変形し、その圧電アクチュエータの変形によって液体内で圧力波が生成される。静電気アクチュエータ等の他の種類の電気機械変換器もインクジェットプリントヘッドで用いることが知られている。以下では電気機械変換器のことをアクチュエータと呼ぶことがある。

各吐出ユニットは、液体チャンバと液体連通するノズルをさらに含む。液体チャンバの液体内で好適な圧力波が生成されると、液体の液滴がノズルを通じて放出される。液体がインクの場合、液滴が記録媒体に衝突して記録媒体上に画像ドットを形成する。そのような画像ドットのパターンは、当該技術分野で周知なように記録媒体上で画像を形成し得る。

上述したインクジェットプリントヘッドの既知の欠点は吐出ユニットに不具合が生じやすい点である。具体的には、ノズル又は液体チャンバ内に気泡が取り込まれることが知られている。そのような気泡によって吐出ユニットの音響特性（acoustics）が変化する。その結果、圧力波が生成された場合に液滴が形成されないことがある。不具合の他の既知の原因は埃の粒子がノズルを（部分的に）塞ぐことである。埃の存在は液体の流れを塞ぐだけでなく音響特性も変化させる。

当該技術分野では液体内の残留圧力波（residual pressure wave）を検知することが良く知られている。圧力波の生成後、吐出ユニットの音響特性によって経時的に減衰する残留圧力波がもたらされる。この残留圧力波を検知及び分析することで吐出ユニットの音響特性についての詳細な情報がもたらされる。残留圧力波に起因する音響特性と、動作可能状態（operative state）にある吐出ユニットの音響特性とを比較することで、吐出ユニットの動作状態を導き出すことができる。さらに、不良状態が導き出された場合は、残留圧力波から不良状態の原因を特定することが知られている。

動作状態を検出するための既知の方法の欠点は、残留圧力波を検知するのに必要な時間及び残留圧力波を分析するのに必要な時間の点である。検知及び分析に比較的長い時間が必要であるため、各液滴吐出後に吐出ユニット毎に分析を行うことができない。さらに、連続する液滴吐出の間で十分な時間があったとしても、各液滴吐出後に各吐出ユニットを分析するのに必要な計算能力は非常に高くなり、商業的に実現可能でない。

本発明の一態様では、請求項１に記載の方法が提供される。当該方法では、液体内で圧力波を生成した後に、電気機械変換器を作動させて液体内の残留圧力波を抑制する。そのような残留圧力波の抑制は残留圧力波のクエンチング（quenching）とも一般に呼ばれる。クエンチングの後、液体内の残留圧力波の振幅が検知される。検知された振幅に基づいて、（ｉ）残留圧力波の振幅が閾値よりも小さい場合は吐出ユニットが動作可能状態にあると判定されるか又は（ｉｉ）残留圧力波の振幅が閾値よりも大きい場合は吐出ユニットが不良状態（malfunctioning state）にあると判定される。

クエンチングは、次の液滴吐出のための準備を吐出ユニットにさせるために吐出ユニット内の残留圧力波を取り除くためのものとして先行技術から知られている。残留圧力波は生成される後続の圧力波に影響を及ぼし、ひいては後続の液滴の大きさ、速度及び／又は任意の他の特性に影響を及ぼす。クエンチングは、先の液滴形成からの影響なしに液滴の形成を確かにするものとして知られている。

本発明は、クエンチパルス（quench pulse）、即ち残留圧力波をクエンチングするために電気機械変換器に適用される作動パルスは、作動後に正常に機能する（動作可能な）液体チャンバ内に通常残る残留圧力波に対して非常に適合性があるという考えに基づく。液体チャンバの音響特性が知られており、そのような知られた音響特性に基づいてクエンチパルスが設計されている。そのようなクエンチパルスはタイミング及び振幅に対して、また多くの場合には複数の他のパラメータに対しても通常調整がなされている。正しく調整されていれば、振幅が非常に小さな残留圧力波しか残らない。そのため、クエンチパルスは残留圧力波の振幅を非常に小さくするように設計されているため、クエンチパルス後に残る残留圧力波の振幅は概して非常に小さい。

埃の粒子若しくは気体（一般には空気）の気泡の存在又は任意の他の原因によって液体チャンバの音響特性が変化すると、クエンチパルスは残留圧力波の振幅を十分に小さくすることができない。そのような状況下では、クエンチパルスが残留圧力波の振幅を大きくすることすらある。

振幅を検知すること及び（小さな）閾値と比較することにより振幅の値を単に評価することには比較的短い期間しかかからず、要求される計算能力も比較的小さい。そのため、本発明に係る方法は、プリントジョブの間、特にプリントジョブの間に吐出される２つの液滴の間であっても吐出ユニットの動作状態の検証を可能にする。

一実施形態では、電気機械変換器は圧電アクチュエータである。圧電アクチュエータはインクジェットプリントヘッドで用いるための周知の好適な電気機械変換器であり、圧電特性はセンサとしての使用にも適しているという追加の利点も有する。そのため、実際の実施形態では、圧電アクチュエータは圧力発生器として、また圧力センサとして用いられる。圧電材料に電界を印加することで圧電材料が変形し、その変形が液体チャンバの容量を変化させ、液体チャンバ内の液体に圧力変化がもたらされる。他方、電界が印加されていない場合、圧電材料は液体の圧力変化によって変形し得る。変形する際に、圧電材料は電界を生成し、それが検知され得る。

一実施形態では、液体内で圧力波を生成するステップはノズルを通じて液滴を吐出することを含む。これは、生成された圧力波は液滴を放出するように構成されていることを意味する。そのような圧力波を生成するために電気機械変換器を作動させる好適な作動パルスの構成は当該技術分野では周知であるため、本明細書ではそれについてのさらなる説明は省略する。なお、別の実施形態では、圧力波は好適な残留圧力波が生じるが液滴は放出されないようなものであり得る（即ち、非放出圧力波（non-expelling pressure wave））。そして、対応するクエンチパルスを用いて、そのような残留圧力波がクエンチされ、液滴を放出することなく本発明に係る方法が行われ得る。そのような実施形態はプリントジョブの間に、例えば吐出ユニットが印刷のために長い期間必要でないような場合であっても吐出ユニットの動作状態を容易に且つ素早く検出することを可能にする。

一実施形態では、液体内の残留圧力波の振幅を検知するステップは所定の期間残留圧力波を検知すること及び検知した圧力波から振幅を導出することを含む。最大振幅の検出をより信頼性の高いものにするために、残留圧力波を所定の期間検知し、その後、検知した残留圧力波から振幅を導き出すことが有利であり得る。当然ながら、期間が長くなるほど結果の信頼性が高くなる。しかしながら、短い期間が望ましいことに鑑みれば、残留圧力波の（考えられる）周波数、次の圧力波生成のタイミングや他のパラメータを考慮に入れてトレードオフを行ってもよい。

一実施形態では、判定を行うステップは振幅から累積エネルギーメトリック（cumulative energy metric）を算出することを含む。累積エネルギーメトリックは残留圧力波に存在するエネルギーの基準（measure）を提供する。累積エネルギーメトリックは二乗振幅（squared amplitude）の合計に対応する。この累積エネルギーメトリックは最小限の計算能力で容易に算出できると同時に動作可能な吐出ユニット（operative ejection unit）と不良な吐出ユニット（malfunctioning ejection unit）とを区別するのに非常に好適であり、これは当然本発明の発明概念に対応することが分かる。なぜなら、クエンチパルスは波エネルギーを取り除くことを意図するものだからである。そのため、累積エネルギーメトリックは動作可能な吐出ユニットの場合に小さく、不良な吐出ユニットの場合に大きいことが予測され得る。

一実施形態では、吐出ユニットが不良状態にあると判定された場合、本方法は連続的な、
電気機械変換器を作動させて前記液体内で非吐出圧力波を生成して液滴を吐出しないステップと、前記残留圧力波を検知するステップと、不良状態の原因を特定するために検知した残留圧力波を分析するステップとをさらに含む。本発明に係る方法のステップａ．〜ｄ．の結果に基づき、特に残留圧力波が所定の期間検知した場合、クエンチング後に検知された圧力波から不良の原因を特定することが可能となり得る。しかしながら、最初にクエンチを行わないことで、原因のそのような特定の信頼性がより高まるとともにより多くの様々な原因を区別できることがある。そのため、本実施形態では、ステップｅ．〜ｇ．は最初にクエンチング動作を行わずにある期間に亘って残留圧力波を検出するために続けて行われ得る。

本発明の利用可能性のさらなる範囲が下記の詳細な説明から明らかになる。しかしながら、詳細な説明及び具体例は本発明の実施形態を示しているものの、それらは例示にすぎないことが分かる。なぜなら、本発明の範囲内での様々な変更及び改良がこの詳細な説明から当業者に明らかになるからである。

本発明は下記の詳細な説明及び添付の概略図から十分に理解できるようになる。なお、下記の詳細な説明及び添付の概略図は例示に過ぎず、本発明を限定するものではない。
図１Ａは、本発明と併用するのに好適な例示の画像形成装置の斜視図である。 図１Ｂは、走査インクジェットプロセスを説明する概略図である。 図２Ａは、本発明で用いる例示の作動パルスを概略的に示すグラフである。 図２Ｂは、動作可能な吐出ユニットに対応する在留圧力波を概略的に示すグラフである。 図２Ｃは、不良な吐出ユニットに対応する在留圧力波を概略的に示すグラフである。 図３Ａは、本発明に係る方法の一実施形態を説明する図である。 図３Ｂは、図３Ａに係る方法と併用する任意の方法ステップを説明する図である。 図４Ａ〜図４Ｃは、クエンチパルスを適用しない場合の複数の実際の吐出ユニットの残留圧力波とそれらの対応する累積エネルギーメトリックとを説明する図を示す。 図５Ａ〜図５Ｃは、クエンチパルスを適用した場合の複数の実際の吐出ユニットの残留圧力波とそれらの対応する累積エネルギーメトリックとを説明する図を示す。

添付の図面を参照しながら本発明を説明する。いくつかの図面にわたって、同じ又は同様の要素を特定するのに同じ参照符号を用いている。

図１Ａは、大判インクジェットプリンタを用いて印刷が得られる画像形成装置３６を示す。大判画像形成装置３６は、印刷アセンブリ、例えば図１Ｂに示すインクジェット印刷アセンブリが配置される筐体２６を含む。画像形成装置３６は、画像受容部材２８、３０を格納する格納手段と、印刷後に画像受容部材２８、３０を回収する排紙ステーションと、マーキング材料２０の貯蔵手段とを含む。図１Ａでは、排紙ステーションは排紙トレイ３２として具現化されている。任意で、排紙ステーションは、印刷後に画像受容部材２８、３０を処理するための処理手段、例えば折機又は穿孔機を含んでいてもよい。大判画像形成装置３６は、プリントジョブを受信するための手段と、任意でプリントジョブを操作するための手段をさらに含む。これらの手段は、ユーザーインターフェースユニット２４及び／又は制御ユニット３４、例えばコンピュータを含み得る。

ロール２８、３０によって供給される媒体、例えば紙に画像が印刷される。ロール２８はロール支持部Ｒ１で支持されているのに対して、ロール３０はロール支持部Ｒ２で支持されている。あるいは、媒体のロール２８、３０の代わりに、カットシートの媒体部材を用いてもよい。ロール２８、３０から切り落とされた印刷後の媒体のシートは排紙トレイ３２に溜まる。

印刷アセンブリで用いるそれぞれのマーキング材料は４つの容器２０に貯蔵される。容器２０は、プリントヘッドにマーキング材料を供給するためにプリントヘッドとそれぞれ流体接続されるように構成されている。

ローカルユーザーインターフェースユニット２４はプリントエンジンと統合され、表示ユニット及び制御パネルを含み得る。あるいは、制御パネルは、例えばタッチスクリーン制御パネルの形で表示ユニットに統合されていてもよい。ローカルユーザーインターフェース２４は、印刷装置３６内に設置された制御ユニット３４に接続されている。例えばコンピュータである制御ユニット３４は、例えば印刷工程を制御するためにプリントエンジンにコマンドを出すように適合されたプロセッサを含む。画像形成装置３６は任意でネットワークＮに接続されていてもよい。ネットワークＮへの接続をケーブル２２の形で概略的に示しているが、係る接続は無線によるものであってもよい。画像形成装置３６は、ネットワークを通じてプリントジョブを受信し得る。また、ＵＳＢポートを通じてプリンタにプリントジョブが送信されるように、プリンタのコントローラは任意でＵＳＢポートを備えていてもよい。

図１Ｂはインクジェット印刷アセンブリ３を示す。インクジェット印刷アセンブリ３は、画像受容媒体２を支持するための支持手段を含む。図１Ｂでは、支持手段としてプラテン１を示しているが、支持手段は代替的に平面であってもよい。図１Ｂに図示するプラテン１は、矢印Ａで示すように、その軸を中心に回転可能な回転ドラムである。支持手段は、支持手段に対して媒体を固定位置で保持するための吸引孔を任意で備えていてもよい。インクジェット印刷アセンブリ３は、走査プリントキャリッジ５に搭載されたプリントヘッド４ａ〜４ｄを含む。走査プリントキャリッジ５は、好適なガイド手段６、７によってガイドされて、主走査方向Ｂに往復移動する。プリントヘッド４ａ〜４ｄのそれぞれはオリフィス面９を含み、オリフィス面９は少なくとも１つのオリフィス８を備えている。プリントヘッド４ａ〜４ｄは、画像受容部材２に対してマーキング材料の液滴を吐出するように構成されている。プラテン１、キャリッジ５及びプリントヘッド４ａ〜４ｄは、それぞれ好適な制御手段１０ａ、１０ｂ及び１０ｃによって制御される。

画像受容部材２はウェブ又はシート状の媒体であってもよく、例えば、紙、段ボール、ラベルシート、コート紙、プラスチック又は織物で構成され得る。あるいは、画像受容媒体２は、エンドレス又は非エンドレスの中間部材であってもよい。循環的に動かされ得るエンドレス媒体の例としては、ベルト又はドラムが挙げられる。画像受容媒体２は、流体のマーキング材料を備える４つのプリントヘッド４ａ〜４ｄに沿って、プラテン１により搬送方向Ａに動かされる。

走査プリントキャリッジ５は４つのプリントヘッド４ａ〜４ｄを運び、画像受容媒体２を主走査方向Ｂに走査できるように、プラテン１と平行な主走査方向Ｂに往復移動され得る。本発明を説明するために４つのプリントヘッド４ａ〜４ｄのみを図示している。実際には、任意数のプリントヘッドを用いてもよい。いずれにせよ、マーキング材料１色につき少なくとも１つのプリントヘッド４ａ〜４ｄが走査プリントキャリッジ５に配置される。例えば、白黒プリンタの場合では、一般に黒色のマーキング材料を含む少なくとも１つのプリントヘッド４ａ〜４ｄが存在する。あるいは、白黒プリンタは、黒色の画像受容部材２に適用される白色のマーキング材料を含んでもよい。複数の色を含むフルカラープリンタの場合では、各色（通例、黒、シアン、マゼンタ及び黄色）につき少なくとも１つのプリントヘッド４ａ〜４ｄが存在する。フルカラープリンタでは、黒色のマーキング材料は他の色のマーキング材料に比べて頻繁に使用されることが多い。そのため、黒色のマーキング材料を含むプリントヘッド４ａ〜４ｄを、他の色のマーキング材料を含むプリントヘッド４ａ〜４ｄよりも多く走査プリントキャリッジ５に設けてもよい。あるいは、黒色のマーキング材料を含むプリントヘッド４ａ〜４ｄは、別の色のマーキング材料を含むプリントヘッド４ａ〜４ｄよりも大きくてもよい。

キャリッジ５はガイド手段６、７によってガイドされる。ガイド手段６、７は、図１Ｂに示すようにロッドであり得る。これらのロッドは、好適な駆動手段（図示せず）によって駆動され得る。あるいは、キャリッジ５は、他のガイド手段、例えばキャリッジ５を動かすことが可能なアームによってガイドされてもよい。他の代替案としては、画像受容媒体２を主走査方向Ｂに動かすことが挙げられる。

各プリントヘッド４ａ〜４ｄは、少なくとも１つのオリフィス８を有するオリフィス面９を含む。少なくとも１つのオリフィス８は、プリントヘッド４ａ〜４ｄ内に設けられた、流体のマーキング材料を含む圧力室と流体連通されている。オリフィス面９には、複数のオリフィス８が副走査方向Ａと平行に一直線に並んでいる。図１Ｂでは、プリントヘッド４ａ〜４ｄにつき８つのオリフィス８を図示しているが、実際の実施形態では、プリントヘッド４ａ〜４につき数百のオリフィス８が設けられ、任意でそれらが複数の列に並び得ることが分かる。図１Ｂに図示するように、プリントヘッド４ａ〜４ｄのそれぞれは、プリントヘッド４ａ〜４ｄのそれぞれに対応するオリフィス８が主走査方向Ｂにおいて一列に並んで配置されるように、互いに平行に配置されている。これは、最大で４つのオリフィス８（それぞれが別々のプリントヘッド４ａ〜４ｄの一部を成している）を選択的に作動させることで、主走査方向Ｂに線状に並んだ画像ドットが形成され得ることを意味する。この、プリントヘッド４ａ〜４ｄを平行に配列し、それに対応してオリフィス８を一列に並べる構成は、生産性の向上及び／又は印刷品質の改善にとって有利である。あるいは、プリントヘッド４ａ〜４ｄのそれぞれのオリフィス８が、一列ではなくジグザグ状（staggered configuration）に配置されるように、複数のプリントヘッド４ａ〜４ｄをプリントキャリッジ上に隣接配置してもよい。例えば、これは、印刷解像度を高めるか又は有効印刷領域を拡大するために行われ得る（主走査方向に一回走査することで対処され得る）。オリフィス８からマーキング材料の液滴を吐出することによって画像ドットが形成される。

マーキング材料を吐出する際、マーキング材料の一部がこぼれてプリントヘッド４ａ〜４ｄのオリフィス面９に残留することがある。オリフィス面９上に存在するインクは、液滴の吐出及びこれらの液滴を画像受容部材２に配置する上で悪影響を及ぼすことがある。従って、過剰なインクをオリフィス面９から取り除くことが有利であり得る。過剰なインクは、例えばワイパーで拭き取ること及び／又は例えばコーティングによってもたらされる表面の好適な抗濡れ性により取り除かれ得る。

本発明と共に使用するために、プリントヘッド４ａ〜４ｄは複数の吐出ユニットを有する。各吐出ユニットはオリフィス８のうちの１つに対応する。吐出ユニットは液体チャンバを含み、例えば、吐出ユニットに関連する圧電素子（即ち、電気機械変換器）を好適に駆動することによって液体チャンバ内で圧力波が生成され得る。圧力波は、マーキング材料（液）の液滴が対応するオリフィスを通じて放出させるものであるか又は圧力波は液滴を放出させるものではない。後者は、例えばマーキング材料のメニスカスを振動させることで一般的に知られている。同様に、非放出圧力波は吐出ユニットの動作状態を検出するための音響検知方法と共に使用されるものとして知られている。例えば、吐出ユニットの液体チャンバ内に気泡が取り込まれた場合、液体チャンバ内の音響特性は気泡が存在しない場合の状況に比べて異なる。その結果、生成される圧力波も異なることになる。本明細書で残留圧力波と呼ぶ圧力波の検出及び分析により、吐出ユニットの動作状態の判定が可能になる。この方法は先行技術及び当業者に知られている。したがって、本明細書では、この方法についてのさらなる説明は省略する。

図２Ａは、圧電アクチュエータ等の電気機械変換器を駆動するための駆動パルスの一実施形態を概略的に示す。横軸は時間（マイクロ秒）を表すのに対して、縦軸は圧電アクチュエータの電極に印加される電圧の振幅（任意単位）を表す。駆動パルスは圧力波生成区間（pressure wave generating section）ＰＧＳ及び圧力波抑制区間（pressure wave suppressing section）ＰＳＳを含む。この例示の実施形態では、圧力波生成区間ＰＧＳの極性と反対の極性を有する圧力波抑制区間ＰＳＳが示されるとともに使用されている。なお、当該技術分野で知られているように、タイミング等の他のパラメータの影響や要件次第では圧力波生成区間ＰＧＳと同じ極性を有する圧力波抑制区間ＰＳＳが使用されることもある。

図示の実施形態では、圧力波生成区間ＰＧＳによって液体の液滴の放出がもたらされると仮定する。圧力波生成区間ＰＧＳは横軸の起点（時間＝０）で終了する。時間＝０から始まる残留圧力波は液体チャンバ内に留まる。時間が約１１マイクロ秒の時点で圧力波抑制区間ＰＳＳが始まり、圧力波生成区間ＰＧＳ終了後の約１３マイクロ秒の時点で終了する。そのため、圧力波生成区間ＰＧＳの期間を考慮した場合、駆動パルスの全期間は約２０マイクロ秒である。圧力波抑制区間ＰＳＳによって残留圧力波が減衰されると、圧力波抑制区間ＰＳＳの終了後直ぐに次の駆動パルスが始まるため、約５０ｋＨｚの液滴周波数（droplet frequency）が可能となる。

図２Ｂ及び図２Ｃは例示の残留圧力波を示す。横軸は時間（マイクロ秒）を表し、横軸の起点は図２Ａの横軸の起点と揃っている。図２Ｂ及び図２Ｃの縦軸は、液体チャンバの液体内に存在する、圧力波生成区間ＰＧＳ（図２Ａ）終了後の残留圧力波の振幅を表す。図２Ｂは、動作可能な（正常に機能する）吐出ユニットの残留圧力波の一例を示し、図２Ｃは不良な吐出ユニットの残留圧力波の一例を示す。

両方の図（図２Ｂ及び図２Ｃ）において、破線のグラフは圧力波抑制区間ＰＳＳを適用しない場合の残留圧力波に関するものであり、実線グラフは圧力波抑制区間ＰＳＳを適用する場合の残留圧力波に関するものである。また、破線グラフは実験で得たデータであるが、圧力波抑制区間ＰＳＳの効果は人工的に提供したものである。実際に、抑制後の残留圧力波（実線グラフ）は完全に異なって見え得る。しかしながら、図示の人工圧力波は本発明を説明するために用いているに過ぎない。図４Ａ〜図４Ｃ及び図５Ａ〜図５Ｃは、以下で説明及び解説する、実験で得たデータを示す。また、図２Ｂ及び図２Ｃの縦の破線は圧力波抑制区間ＰＳＳの終わりを表す。

特に図２Ｂに移って、破線グラフは、経時的に減衰する大きな振幅を有する残留圧力波を示す。約１３マイクロ秒の時点ではまだ大きな振幅があり、次の液滴の吐出を始めると液滴吐出が乱されて、液滴の巨大化、液滴速度の増加、気泡の取り込み等がもたらされる可能性がある。そのため、圧力波抑制区間ＰＳＳがない場合、液滴を放出するための次の駆動パルスは約２３マイクロ秒後にしか開始できない。なぜなら、約２３マイクロ秒以降であれば振幅が十分小さくなっているからである。

しかしながら、実線グラフにおいては、振幅は約１１〜１３マイクロ秒の時点で駆動パルスの圧力波抑制区間ＰＳＳによってクエンチされる（図２Ａ）。振幅が小さい残留圧力波が残り得る（周波数が高まった図示の残留圧力波）。圧力波抑制区間ＰＳＳを正確に調整することで、小さな振幅は次の液滴放出を乱さないようなものとなる。

また、本発明によれば、振幅を検出すること及び振幅と所定の閾値とを比較することで、クエンチが上手くいったかどうかを容易に検出できる。閾値は次の液滴の吐出が可能な最大値に基づいて決定してもよいし、閾値はクエンチ後に通常生じる振幅の値に基づくものであってもよい。比較で用いられる振幅はある期間に亘って検出される最大振幅であり得るか又は振幅の平均値であり得る。他の実施形態では、１つ以上の時点での値が比較のために選択され得る。代わりに又は加えて、振幅の他の特徴又は特性を用いてもよい。適切にクエンチされた残留圧力波（動作可能な吐出ユニットに対応）とクエンチが不十分な残留圧力波（不良な吐出ユニット）とを区別するためにそのような好適な特性又は特性の組み合わせを選択することは当業者の範囲内にあると考えられるため、本明細書ではさらなる説明を省略する。

図２Ｃでは、破線グラフは不良な吐出ユニットに由来する残留圧力波を表す。図示の残留圧力波は隣接する吐出ユニットからのクロストーク効果によって生成されている。残留圧力波の特性及び形状は不良の原因に強く依存するため、実際には完全に異なって見えることがある。また、上述したように、圧力波抑制区間ＰＳＳの効果を概略的に示すとともにそれは人工的である。実際には残留圧力波の形状又は特性は完全に異なったものが生じ得る。それでも、説明を目的として、図示の残留圧力波は十分である。

図示の破線グラフを図２Ｂの破線グラフと比較すると、液体チャンバ内の音響特性は動作可能状態の音響特性に比べて完全に異なることが分かる。周波数及び振幅が異なることが分かる。さらに、約１３マイクロ秒の時点では残留圧力波が大幅に減衰されて小さな振幅しか残っていない。その結果、圧力波抑制区間ＰＳＳ（図２Ａ）は圧力波を抑制しないが、実際に振幅が大きな圧力波を生成する。この振幅は、動作可能な吐出ユニット内のクエンチ後の残留圧力波の非常に小さな振幅と比較することで簡単に検出される。一般に、音響特性が変わることに起因する残留圧力波の振幅、周波数、位相又は任意の他の特性の変化によってクエンチングが上手くいかなくなる。クエンチングが上手くいくことで振幅は取るにたらないものとなる。そのため、クエンチングが上手くいかないと振幅が大きくなるのが避けられない。本発明によれば、大きな振幅が比較的短い期間で簡単に検出される。

図３Ａは本発明に係る方法の一実施形態の複数のステップを示す。本方法は、対応する電気機械変換器の作動により吐出ユニットの液体チャンバ内で圧力波を生成する第１のステップＳ１１からスタートする。生成された圧力波は液滴を放出することを意図したもの（即ち、放出圧力波）であるか又は液滴を放出することなく単に圧力波を生成することを意図したもの（非放出圧力波）であり得る。圧力の生成後、第２のステップＳ１２に移る前に所定の時間が経過するのが一般的であるが、本発明に係る方法はそのような実施形態に限定されない。

第２のステップＳ１２では、電気機械変換器の別の作動が実施されるが、この時は残留圧力波を抑制することを意図して行われる。液体チャンバの液体内で圧力波を生成した後、液体内でのそのような残留圧力波の残留は避けられない。通常、残留圧力波は経時的に減衰する。第２のステップＳ１２では、残留圧力波が能動的に減衰される。

第２のステップＳ１２の作動パルスが第１のステップＳ１１の圧力生成に調整された場合、第１のステップＳ１１の圧力生成動作が上手くいき音響特性を乱すような特性が吐出ユニット内に存在しない場合にのみ残留圧力波が完全に減衰するものと推測される。この見識を用いて、第３のステップＳ１３でクエンチ後の残留圧力波が検知され、第４のステップＳ１４で所定の閾値と比較される。閾値を好適に予め決定することで、残留圧力波のクエンチが上手くいったかどうかを検出できる。第５のステップでは、クエンチが上手くいった場合（振幅が閾値よりも低い）は吐出ユニットが動作可能状態にあると判断され、クエンチが上手くいかなかった場合（振幅が閾値よりも高い）は吐出ユニットが不良状態にあると判断される。

第５のステップで吐出ユニットが不良状態にあると判断された場合、不良の原因を特定することが望ましいことがある。しかしながら、駆動パルスの圧力波抑制区間ＰＳＳ（図２Ａ）及びそれの適用後にしか残留圧力波が検知されないため、検知した残留圧力波に原因が起因し得る可能性は少ない。したがって、駆動パルスの圧力波抑制区間ＰＳＳを適用することなく残留圧力波全体の詳細な分析を行うことが望ましい。図３Ｂは不良な吐出ユニットと判断した後に行われ得るステップを示す。

そのため、第６のステップＳ２１では、電気機械変換器を作動させることにより別の圧力波が生成される。第１のステップＳ１１のように、圧力波は放出圧力波であってもよいし非放出圧力波であってもよい。しかしながら、吐出ユニットは不良であると判断されていること及び本方法はプリントジョブの間に行われ得ることを考慮した場合、望まれない液滴によるプリントジョブの画像品質の悪化を防止するために非放出圧力波を用いることが望ましい。次いで、第７のステップＳ２２で残留圧力波が検知される。最良の結果を得るためには、駆動パルスの圧力波生成区間ＰＳＧの終了後直ちに検知を開始することが望ましい。なぜなら、残留圧力波の振幅はその時点で最も大きいからである。しかしながら、一実施形態では、検知を始める前に所定の時間待ってもよい。先行技術によれば、第８のステップで残留圧力波を詳細に分析して不良の原因が特定され得る。先行技術から複数の信号分析方法が知られているため、そのような分析は当業者の範囲内にあると考えられる。したがって、本明細書ではそのような分析についてのさらなる説明は省略する。

図４Ａは、複数の吐出ユニットが動作可能状態にあり、複数の吐出ユニットが不良状態にあるインクジェットプリントヘッドから得られた残留圧力波を示す。具体的には、不良な吐出ユニットは本発明を説明するために気泡を取り込むように駆動されている。残留圧力波はクエンチパルスを適用せずに得られている。残留圧力波は、（上述した）背景技術の残留圧力波に対応する。

図４Ａから分かるように、残留圧力波は、対応する吐出ユニットが動作可能状態にあるか不良状態にあるかに関わらず形状（特に振幅及び周波数）が同様である。それでも、図４Ｂに示すような違いもある。

図４Ｂにおいて、動作可能な吐出ユニットに対応する残留圧力波のうちの１つ（破線グラフ）及び不良な吐出ユニットに対応する残留波のうちの１つ（実線グラフ）を図４Ａの複数のグラフから取り出した。双方の残留圧力波が利用可能にするとともに複雑な信号分析技術（complex signal analysis techniques）を用いることで、残留圧力波が動作可能な吐出ユニットに由来するものか不良な吐出ユニットに由来するものかを特定することができる。上述したように、これには比較的大きな計算能力及び長い取得時間が必要になる。なぜなら、信頼できる判定を下すにはほとんどすべてのサンプル（大体６０マイクロ秒の取得時間に対応）が必要になるからである。

本発明との比較のために、図４Ｃは図４Ａに示す残留圧力波のための累積エネルギーメトリックを示す。具体的には、図４Ａ及び図４Ｂに示す残留圧力波は約１２０のサンプルからなる。所与のサンプルのための累積エネルギーメトリックは、所与のサンプルとそれ以前の全てのサンプルの二乗振幅の合計である。累積エネルギーメトックは以下のように算出される。

式中、ＣＥＭ_ＮはＮ番目のサンプルのための累積エネルギーメトリックであり、ａ_ｉはｉ番目のサンプルの値（振幅）である。図４Ｃから分かるように、累積エネルギーメトリックに基づき動作可能な吐出ユニットと不良な吐出ユニットとを区別することはできない。

図５Ａは、複数の吐出ユニットが動作可能状態にあり、複数の吐出ユニットが不良状態にあるインクジェットプリントヘッドから得られた残留圧力波を示す。具体的には、不良な吐出ユニットは本発明を説明するために気泡を取り込むように駆動されている。残留圧力波はクエンチパルスを適用することで得られている。そのため、残留圧力波は本発明で用いられる残留圧力波に対応する。

図４Ｂと同様に、図５Ｂは、図５Ａの複数の残留圧力波のうちの２つの例示の残留圧力波を示す。図５Ａ及び図５Ｂから分かるように、振幅の小さい複数の残留圧力波（図５Ｂの実線グラフ、平均値が約５５０ａ．ｕ．（任意単位））が存在し、振幅がかなり大きい複数の残留圧力波（図５Ｂの破線グラフ）が存在することが分かる。振幅の大きな違いにより非常に簡素なアルゴリズムで、動作可能な吐出ユニット（実線グラフ）と不良な吐出ユニット（破線グラフ）とを区別することができる。これは、図５Ｃを考慮した場合に一層明らかになる。

図５Ａの残留圧力波の累積エネルギーメトックを図５Ｃに示す。２つの異なる組があることが分かる。１未満（なお、縦軸の対数はＣＥＭを任意単位で表す）〜約１０，０００の値を有する組がある。第２の組は約２０，０００〜約１０，０００，０００の値を有する。基本的に、第１のサンプル（値が１００，０００未満の動作可能な吐出ユニット及び値が１００，０００よりも大きい不良な吐出ユニット）の累積エネルギーメトリックの値に基づいて、動作可能な吐出ユニットと不良な吐出ユニットとを区別することができる。しかしながら、残留圧力波の位相によっては、不良な吐出ユニットは、第１のサンプルのための累積エネルギーメトリックが１００，０００未満になることがある。本例では、動作可能な吐出ユニットの第１のサンプルの値を参照することで最も良く示されている。第１の累積エネルギーメトリックの値の範囲は約１〜約１０，０００である。しかしながら、小数のサンプルの後、例えば約２．５マイクロ秒に対応する６つのサンプルの後、これらの値が集束する。不良な吐出ユニットに対応する累積エネルギーメトリックの組についても同じことが言える。いずれにせよ、動作可能な吐出ユニット及び不良な吐出ユニットの累積エネルギーメトリックは、簡素の閾値動作で容易に分離でき、残留圧力波の振幅の取得開始直後には既に分離されている。

図５Ａに戻って、大きく逸れた１つの残留圧力波（値が８００ａ．ｕ．よりも大きいサンプル６０〜１２０を有するグラフ）が存在する（破線グラフ）。対応する累積エネルギーメトリックのグラフも図５Ｃにある。係るグラフは、約２００，０００の値で始まるが他のグラフよりも徐々に小さくなり、サンプル１０の時点では値が約３００，０００であるが、サンプル１０の時点での不良な吐出ユニットのための累積エネルギーメトリックは１，０００，０００よりも多い不良な吐出ユニットのグラフである。この大きく逸れた１つの残留圧力波の原因は分かっている。

対応する吐出ユニットでは気泡が大きくなっている。これは小さな気泡が取り込まれて気泡が成長することを意味する。さらに、この気泡はまだ液滴吐出を乱していないが、是正動作が行われなければ障害をもたらす大きさまで気泡が成長することが知られている。そのため、本方法は、気泡の取り込みに起因する液滴吐出の将来の障害を予測するのにも非常に適している。この理由のためにも、残留圧力波の約５〜１０のサンプルの後に吐出ユニットの動作状態を判定するステップを行うことが好ましく、動作可能な吐出ユニット、不良な吐出ユニット及び近い将来に不良になる吐出ユニットを区別するために２つの閾値が適用され得る。どの吐出ユニットが近い将来に不良になるかを知ることで、不良な吐出ユニットにより画像ピクセルの欠如が起こる前にそれを防止するために、ノズル補償スキームを印刷の間に適用できる。

本発明の詳細な実施形態を本明細書で開示してきたが、開示した実施形態は、様々な形で実施可能な本発明の例示に過ぎないことが分かる。従って、本明細書で開示した具体的な構造及び機能についての詳細を限定的に解釈するのではなく、請求項の根拠として及び事実上適切な全ての詳細構造で本発明を様々な形で用いるのを当業者に教示するための例示的根拠として解釈すべきである。特に、別々の従属項で提示及び記載の特徴は組み合わせで適用され得る。そのような請求項の任意の有利な組み合わせがここに開示される。

また、本明細書で使用の用語及び表現は限定を意図したものではなく、むしろ本発明の理解可能な説明を提供するために用いたものである。本明細書で使用の「ａ」又は「ａｎ」は１つ以上と定義される。本明細書で使用の複数という用語は２つ以上と定義される。本明細書で使用の他のという用語は、少なくとも第２以上と定義される。本明細書で使用の含有する及び／又は有するという用語は、含む（即ち、オープンランゲージ）を意味すると定義される。本明細書で使用の連結されたという用語は、必ずしも直接的ではないが接続されていることと定義される。

本発明を説明してきたが、本発明は多くの形で変更され得ることが分かる。そのような変更は本発明の精神及び範囲からの逸脱としてみなすべきでなく、当業者に分かるようにそのような変更の全ては下記の請求項の範囲に含まれることを意図する。

Claims (5)

1. インクジェットプリントヘッドの吐出ユニットの動作状態を検出するための方法であって、該吐出ユニットは液体を保持するための液体チャンバと、該液体内で圧力波を生成するために該液体チャンバに作動的に連結された電気機械変換器と、前記液体チャンバに流体連通したノズルであって、前記液体の液滴が該ノズルを通じて吐出されるようにするノズルとを含み、当該方法は連続的に、
   ａ．前記電気機械変換器を作動させて前記液体内で圧力波を生成するステップと、
   ｂ．前記電気機械変換器を作動させて前記液体内の残留圧力波を抑制するステップと、
   ｃ．前記液体内の残留圧力波の振幅を検知するステップと、
   ｄ．前記ステップｃ．の結果に基づいて、
   ｉ．前記残留圧力波の振幅が閾値よりも小さい場合は前記吐出ユニットが動作可能状態にあると判定し、
   ｉｉ．前記残留圧力波の振幅が前記閾値よりも大きい場合は前記吐出ユニットが不良状態にあると判定する、ステップと、
   を含む方法。
2. 前記電気機械変換器は圧電アクチュエータである、請求項１に記載の方法。
3. 前記ステップａ．は前記ノズルを通じて液滴を吐出することを含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記ステップｃ．は所定の期間前記残留圧力波を検知すること及び検知した圧力波から振幅を導出することを含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記吐出ユニットが不良状態にあると判定された場合、前記方法は連続的に、
   ｅ．前記電気機械変換器を作動させて前記液体内で非吐出圧力波を生成して液滴を吐出しないステップと、
   ｆ．前記残留圧力波を検知するステップと、
   ｇ．前記不良状態の原因を特定するために検知した残留圧力波を分析するステップと、
   をさらに含む、請求項１に記載の方法。

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